郁 斌，呂富榮*，張 黎，孫靜坤，彭 剛，王 杰，郁仁強

(1.重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院放射科，重慶 400016；2.西門子(中國)醫(yī)療事業(yè)部，上海 210318)

影像技術學

胸部CT掃描中迭代去金屬偽影算法減少金屬偽影的有效性

郁 斌1，呂富榮1*，張 黎2，孫靜坤1，彭 剛1，王 杰1，郁仁強1

(1.重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院放射科，重慶 400016；2.西門子(中國)醫(yī)療事業(yè)部，上海 210318)

目的 評價胸部CT掃描中迭代去金屬偽影算法(IMAR)減少金屬偽影的有效性。方法 采用仿真胸部體模(仿真體模組)，在T5椎體兩側(cè)各植入1枚椎弓根螺釘。以130 kV管電壓和自動毫安秒(care dose 4D)技術，在植入螺釘前后行胸部CT掃描。對無金屬圖像進行濾波反投影(FBP)算法重建，對有金屬螺釘?shù)膱D像分別采用FBP算法和IMAR重建，選取螺釘鄰近層面的主動脈、肺、椎旁軟組織為ROI，測量噪聲值和CT值，并計算CT值相對于無金屬植入物圖像CT值的偏移程度(ΔHU)。另回顧性分析我院26例接受胸部CT檢查、且掃描范圍內(nèi)有椎弓根螺釘植入物的患者(病例組)，掃描條件、圖像重建方式參數(shù)同體模掃描，測量金屬偽影鄰近脊椎骨組織及背部軟組織CT值，并由2名放射科醫(yī)師分別對兩種重建圖像進行主觀圖像質(zhì)量評價。結(jié)果 植入螺釘后，仿真體模組主動脈、肺、椎旁軟組織IMAR重建圖像的噪聲值低于FBP重建圖像(P均<0.05)，IMAR重建的ΔHU明顯小于FBP重建圖像(P均<0.01)。病例組FBP重建和IMAR重建方式的脊椎骨組織CT值和背部軟組織CT值差異均有統(tǒng)計學意義(P均<0.05)。對FBP重建和IMAR重建圖像的主觀評分差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。結(jié)論 IMAR算法可明顯減少條狀偽影，并可校正受影響的組織CT值，使之更接近于無金屬情況下的真實值。

胸部；體層攝影術，X線計算機；圖像處理，計算機輔助；偽影

CT是常用的醫(yī)學影像學檢查技術，但CT成像時體內(nèi)金屬植入物形成的偽影可嚴重影響對鄰近重要結(jié)構(gòu)的觀察[1-2]。迭代去金屬偽影算法(iterative metal artifact reduction, IMAR)是一種新的減少CT金屬植入物偽影的重建算法，但目前鮮見IMAR對去金屬偽影效果評價的報道。本研究對仿真體模植入椎弓根螺釘，模擬有金屬異物的胸部CT掃描條件，同時結(jié)合臨床病例，評價IMAR減少金屬偽影的有效性。

1 材料與方法

1.1 一般資料 仿真體模組：采用“Lungman N1”型多用途男性仿真胸部體模(Kyoto Kagaku公司)，大小約43 cm×40 cm×48 cm，胸圍約94 cm，質(zhì)量約 18 kg。該體模雙臂上舉與胸部CT掃描時患者體位相同。其仿真軟組織及骨骼的X線衰減性能與真人等效。取40.0 mm×3.5 mm鈦合金椎弓根螺釘2根，分別置于體模T5兩側(cè)。

病例組：回顧性分析我院接受胸部CT檢查且掃描范圍內(nèi)有椎弓根螺釘植入物的患者26例，其中男18例，女8例，年齡14～71歲，平均(43.4±14.0)歲。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Perspective CT機，將未植入椎弓根螺釘和植入椎弓根螺釘?shù)捏w模分別進行掃描。掃描參數(shù)：預設管電壓130 kV，采用自動毫安秒(care dose 4D)技術，參考管電流80 mAs，準直128×0.6 mm，螺距1，層厚5 mm，F(xiàn)OV 380 mm。將未植入椎弓根螺釘?shù)脑紨?shù)據(jù)采用濾波反投影(filtered back projection, FBP)算法進行重建(肺窗：窗寬1200 HU，窗位-600 HU；縱隔窗：窗寬400 HU，窗位40 HU)；將植入椎弓根螺釘?shù)脑紨?shù)據(jù)采用FBP及IMAR(肺窗：窗寬1200 HU，窗位-600 HU；縱隔窗：窗寬400 HU，窗位40 HU)分別進行重建。層厚均為1 mm。病例組掃描條件、圖像重建方式參數(shù)同體模掃描。

1.3 圖像評價

1.3.1 仿真體模組 對圖像質(zhì)量進行客觀評價。于仿真胸部體模T5水平選取1幅CT軸位圖像(圖1)，于所選圖像的肺組織、脊柱旁軟組織、主動脈密度均勻區(qū)域分別勾畫ROI(面積100 mm2)，獲得CT值及其標準差(即噪聲值)，并計算植入椎弓根螺釘后FBP和IMAR算法CT值相對于無金屬植入物圖像CT值的偏差程度(ΔHU)：ΔHU=HU金屬—HU無金屬，每個區(qū)域測量3次求平均值。

1.3.2 病例組 測量金屬偽影鄰近脊椎骨組織及背部軟組織CT值，測量ROI直徑為0.1～0.2 cm。對圖像質(zhì)量進行主觀評價，由2名3年以上診斷工作經(jīng)驗的放射科醫(yī)師采用4分法分別對兩種重建圖像進行主觀評價，評分不一致時經(jīng)協(xié)商確定。

主觀評分標準：0分，金屬偽影嚴重，鄰近組織顯示不清，不能診斷；1分，金屬偽影較多，鄰近組織大體結(jié)構(gòu)尚能顯示，影響診斷；2分，金屬偽影較少，可以診斷；3分，金屬偽影基本消除，診斷明確。見圖2。

1.4 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 17.0統(tǒng)計分析軟件，采用SampleK-S檢驗對數(shù)據(jù)進行正態(tài)性分析，正態(tài)分布的資料以±s表示。對仿真體模組植入螺釘前后相同組織結(jié)構(gòu)、不同重建方式的噪聲值和CT值的比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用Tukey法；ΔHU和病例組兩種重建方法的CT值比較采用配對樣本t檢驗；病例組主觀評分比較采用Mann-WhitneyU檢驗，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 仿真體模組 植入螺釘后胸部體模主動脈、肺、椎旁軟組織，IMAR重建圖像的噪聲值均低于FBP重建圖像(P均<0.05)；植入螺釘后IMAR重建的各組織CT值更接近植入螺釘前對應組織的CT值，差異均有統(tǒng)計學意義(P均<0.01)；IMAR重建后ΔHU明顯小于FBP重建后圖像，差異均有統(tǒng)計學意義(P均<0.01)，見表1。

表1 植入螺釘前FBP重建與植入螺釘后FBP、IMAR重建圖像各組織的噪聲值、CT值、ΔHU比較(HU,±s)

表1 植入螺釘前FBP重建與植入螺釘后FBP、IMAR重建圖像各組織的噪聲值、CT值、ΔHU比較(HU,±s)

重建方式主動脈噪聲CT值ΔHU肺噪聲CT值ΔHU椎旁軟組織噪聲CT值ΔHU植入螺釘前FBP重建6.43±1.2726.10±0.46—10.77±1.30-991.97±1.46—6.07±1.7917.60±12.47—植入螺釘后FBP重建11.84±1.19-80.5±7.29106.60±7.4738.41±10.50-681.74±39.27310.22±39.1016.07±1.29212.54±9.94194.94±28.81植入螺釘后IMAR重建10.24±0.87-15.38±3.9241.48±10.5018.80±4.3-851.7±22.56140.27±22.5713.70±5.29120.74±3.70103.14±20.00F/t值39.8252.9623.7428.5242.7717.1334.9720.019.52P值<0.05<0.01<0.01<0.05<0.01<0.01<0.05<0.01<0.01

圖1 仿真體模組胸部CT掃描薄層重建圖像

2.2 病例組 FBP重建和IMAR重建的脊椎骨組織CT值分別為(446.40±121.81)HU、(198.50±83.28)HU，背部軟組織CT值分別為(200.54±68.54)HU、(70.18±28.94)HU。兩種重建方式的脊椎骨組織及背部軟組織CT值比較差異均有統(tǒng)計學意義(t=12.28、11.21，P均<0.05)。

FBP重建圖像質(zhì)量主觀評分均為1分，IMAR重建圖像質(zhì)量主觀評分為(2.83±0.51)分，IMAR重建的評分高于FBP重建，差異有統(tǒng)計學意義(Z=2.81，P<0.05)。

3 討論

偽影是影像上出現(xiàn)的各種非真實的陰影，即CT掃描或數(shù)據(jù)處理過程中產(chǎn)生的不屬于機體正常信息的圖像陰影[3]。偽影可影響對病變的診斷，甚至可導致病變的漏診、誤診。由金屬植入物引起的偽影被統(tǒng)稱為金屬偽影。

目前，多數(shù)單源單能MSCT多采用插值法校正金屬偽影。林宙辰等[4]采用多項式消除CT檢查中的金屬偽影。Zhao等[5]采用小波系數(shù)線性插值法行金屬偽影矯正。此外，還有迭代濾波反投影法[7]等去除金屬偽影的方法[6-11]。以上方法在一定程度上矯正了金屬偽影[12-13]，但減少金屬偽影的效果并不明顯。

IMAR是一種新的減少金屬植入物偽影的重建技術，該方法聯(lián)合了3種去金屬偽影技術(射線束硬化校正、線性內(nèi)插的標準化正弦圖修復和分頻去金屬偽影技術)。在線性內(nèi)插的去金屬偽影方法中，應用標準加權的濾波反投影方法，然后應用閾值分割的方法建立一種只有金屬的圖像，之后通過只有金屬的圖像投影確定因穿過金屬而“損壞”的投影。舍棄沿金屬軌跡的投影，用未穿過金屬的相鄰投影的內(nèi)插數(shù)據(jù)替換，可達到減少金屬偽影的效果。IMAR不需特殊的硬件設備支持，于CT常規(guī)掃描后，即可行重建，操作簡單，重建速度較快。

本研究首先以植入椎弓根螺釘胸部仿真體模為研究對象，進行圖像質(zhì)量的客觀指標評價，結(jié)果表明，對于含有金屬偽影的CT圖像，IMAR重建圖像的噪聲值明顯低于FBP重建圖像(P均<0.05)，且螺釘鄰近組織在IMAR重建后ΔHU明顯小于FBP重建圖像，差異均有統(tǒng)計學意義(P均<0.01)，使CT值更接近于無金屬植入物時的真實值?；仡櫺苑治鑫以?6例接受胸部CT檢查且掃描范圍內(nèi)有椎弓根螺釘植入物的患者，通過測量金屬偽影鄰近脊柱骨組織、背部軟組織的CT值和主觀評價法，發(fā)現(xiàn)IMAR明顯減少金屬偽影對胸部CT圖像質(zhì)量的影響，有較好的真實圖像還原能力。

本研究的局限性：IMAR作為一種新的減少金屬偽影的重建方法，尚無足夠的臨床病例驗證，還有待進一步研究。

總之，IMAR可明顯減少金屬偽影的嚴重程度，并可校正受影響的組織CT值，明顯減少金屬偽影對胸部圖像質(zhì)量的影響，使之更接近于無金屬情況下的真實值。

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Effectiveness of iterative metal artifact reduction for reduction of metal artifact in chest CT scanning

YUBin1,LYUFurong1*,ZHANGLi2,SUNJingkun1,PENGGang1,WANGJie1,YURenqiang1

(1.DepartmentofRadiology,theFirstAffiliatedHospitalofChongqingMedicalUniversity,Chongqing400016,China; 2.SiemensHealthineers,Shanghai210318,China)

Objective To assess the effectiveness of iterative metal artifact reduction (IMAR) on metal artifacts reduction in thorax scan. Methods Thoracic phantom with two pedicle screws implanted in both sides of the T5 vertebrae was used, with the scan parameters of 130 kV and CARE Dose 4D, the phantom was scanned with and without the screws respectively. Images without screws were reconstructed with FBP. Images with screws were reconstructed with FBP and IMAR respectively. Three ROIs were selected on tissues including aorta, pulmonary and paravertebral soft tissue on image slice adjacent to the screws. The CT value and standard deviations (noise) of ROIs were measured, and the deviation of CT value (ΔHU) was calculated as the difference between CT values in images with and without screws. Twenty-six cases who received chest CT examination and with pedicle screw implant in scanning range were collected. The scanning parameters and image reconstruction methods were the same as phantom scan. The CT value (HU) of metal artifacts adjacent to vertebrae and dorsal soft tissue was measured, and the image quality of reconstructed image by two skilled radiologists independently was evaluated. Results In the phantom after implanted screws, the noise were significantly reduced by IMAR compared to FBP in all the three ROIs of aorta, pulmonary and paravertebral soft tissue (P<0.05), and the ΔHU was significantly smaller in IMAR compared to that with FBP (P<0.01). In 26 patients, there were significant differences in CT value of vertebral bone tissue and dorsal soft tissue between FBP and IMAR (P<0.05), and the subjective evaluation scores of the two image reconstruction methods showed a statistically significant difference (P<0.05). Conclusion IMAR can significantly reduce streak artifacts of metal implant and adjuste the CT values of artifact affected tissues to make it more close to the true value without metal implant.

Thorax; Tomography, X-ray computed; Image processing, computer-assisted; Artifacts

國家臨床重點專科建設項目([2013]544)。

郁斌(1981—)，男，重慶人，在讀碩士，技師。研究方向：圖像后處理及低劑量技術。E-mail: c.benjamin@163.com

呂富榮，重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院放射科，400016。E-mail: lfr918@sina.com

2016-07-04

2016-12-23

10.13929/j.1003-3289.201607021

R814.42

A

1003-3289(2017)04-0590-04